Kaki ni malighafi kuu kwa ajili ya utengenezaji wa mizunguko iliyojumuishwa, vifaa vya semiconductor tofauti na vifaa vya nguvu. Zaidi ya 90% ya mizunguko iliyojumuishwa hufanywa kwa usafi wa hali ya juu, kaki za hali ya juu.
Vifaa vya utayarishaji wa kaki hurejelea mchakato wa kutengeneza nyenzo safi za silikoni za polycrystalline kuwa nyenzo za fimbo moja ya fuwele za silikoni za kipenyo na urefu fulani, na kisha kuweka nyenzo za fimbo moja ya silicon kwenye mfululizo wa usindikaji wa mitambo, matibabu ya kemikali na michakato mingine.
Vifaa vinavyotengeneza kaki za silicon au kaki za silicon za epitaxial ambazo zinakidhi usahihi fulani wa kijiometri na mahitaji ya ubora wa uso na hutoa sehemu ndogo ya silicon inayohitajika kwa utengenezaji wa chip.
Mtiririko wa kawaida wa mchakato wa kuandaa mikate ya silicon yenye kipenyo cha chini ya 200 mm ni:
Ukuaji wa fuwele moja → upunguzaji → kuviringisha kipenyo cha nje → kukata → kupendeza → kusaga → kuweka → kupata → kung'arisha → kusafisha → epitaksi → ufungaji, n.k.
Mtiririko kuu wa mchakato wa kuandaa mikate ya silicon na kipenyo cha mm 300 ni kama ifuatavyo.
Ukuaji wa fuwele moja → upunguzaji → kuviringisha kipenyo cha nje → kukata → kukata → kuvutia → kusaga uso → kung'aa → ung'arishaji wa kingo → ung'aaji wa pande mbili → ung'arisha wa upande mmoja → kusafisha mwisho → epitaksi/ufungaji → ufungaji n.k.
1.Silicon nyenzo
Silicon ni nyenzo ya semiconductor kwa sababu ina elektroni 4 za valence na iko katika kundi la IVA la jedwali la upimaji pamoja na vitu vingine.
Idadi ya elektroni za valence katika silikoni huiweka kati ya kondakta mzuri (elektroni 1 ya valence) na kizio (elektroni 8 za valence).
Silicon safi haipatikani katika asili na lazima iondolewe na kusafishwa ili kuifanya kuwa safi ya kutosha kwa ajili ya utengenezaji. Kawaida hupatikana katika silika (silicon oksidi au SiO2) na silicates nyingine.
Aina zingine za SiO2 ni pamoja na glasi, fuwele isiyo na rangi, quartz, agate na jicho la paka.
Nyenzo ya kwanza kutumika kama semiconductor ilikuwa germanium katika miaka ya 1940 na mapema miaka ya 1950, lakini ilibadilishwa haraka na silicon.
Silicon ilichaguliwa kama nyenzo kuu ya semiconductor kwa sababu kuu nne:
Wingi wa Vifaa vya Silicon: Silicon ni kipengele cha pili kwa wingi duniani, kinachukua 25% ya ukoko wa Dunia.
Kiwango cha juu cha kuyeyuka cha nyenzo za silicon huruhusu uvumilivu wa mchakato mpana: kiwango myeyuko cha silicon ifikapo 1412°C ni cha juu zaidi kuliko kiwango myeyuko cha germanium ifikapo 937°C. Kiwango cha juu cha kuyeyuka huruhusu silicon kuhimili michakato ya joto la juu.
Vifaa vya silicon vina safu ya joto ya uendeshaji pana;
Ukuaji wa asili wa oksidi ya silicon (SiO2): SiO2 ni nyenzo ya hali ya juu, thabiti ya kuhami umeme na hufanya kama kizuizi bora cha kemikali kulinda silicon dhidi ya uchafuzi wa nje. Utulivu wa umeme ni muhimu ili kuepuka kuvuja kati ya waendeshaji wa karibu katika nyaya zilizounganishwa. Uwezo wa kukuza tabaka nyembamba za nyenzo za SiO2 ni msingi wa utengenezaji wa vifaa vya utendaji wa juu vya semiconductor ya chuma-oksidi (MOS-FET). SiO2 ina sifa za kimitambo sawa na silikoni, ikiruhusu uchakataji wa halijoto ya juu bila kupitisha kaki nyingi za silicon.
2.Maandalizi ya kaki
Kaki za semiconductor hukatwa kutoka kwa vifaa vya wingi vya semiconductor. Nyenzo hii ya semiconductor inaitwa fimbo ya kioo, ambayo hupandwa kutoka kwa block kubwa ya polycrystalline na nyenzo za ndani zisizofunguliwa.
Kubadilisha kizuizi cha polycrystalline kuwa fuwele kubwa moja na kuipa mwelekeo sahihi wa fuwele na kiwango kinachofaa cha doping ya aina ya N au P inaitwa ukuaji wa fuwele.
Teknolojia za kawaida za kutengeneza ingoti za silikoni za fuwele kwa utayarishaji wa kaki ya silicon ni mbinu ya Czochralski na mbinu ya kuyeyusha eneo.
2.1 Mbinu ya Czochralski na tanuru moja ya fuwele ya Czochralski
Mbinu ya Czochralski (CZ), pia inajulikana kama njia ya Czochralski (CZ), inarejelea mchakato wa kubadilisha kioevu cha silicon ya kiwango cha semicondukta iliyoyeyushwa kuwa ingoti za silicon zenye fuwele moja zenye mwelekeo sahihi wa fuwele na kuingizwa katika aina ya N au P- aina.
Hivi sasa, zaidi ya 85% ya silicon moja ya kioo hupandwa kwa kutumia njia ya Czochralski.
Tanuru ya fuwele moja ya Czochralski inarejelea kifaa cha mchakato ambacho huyeyusha nyenzo za polisilicon za kiwango cha juu kuwa kioevu kwa kupasha joto katika utupu wa juu uliofungwa au mazingira adimu ya ulinzi wa gesi (au gesi ajizi), na kisha kuzisawazisha tena ili kuunda nyenzo za silicon ya fuwele na baadhi ya nje. vipimo.
Kanuni ya kazi ya tanuru moja ya fuwele ni mchakato wa kimwili wa nyenzo za silicon ya polycrystalline kuunganishwa tena katika nyenzo moja ya silicon katika hali ya kioevu.
Tanuru ya kioo moja ya CZ inaweza kugawanywa katika sehemu nne: mwili wa tanuru, mfumo wa maambukizi ya mitambo, mfumo wa kudhibiti joto na joto, na mfumo wa maambukizi ya gesi.
Mwili wa tanuru ni pamoja na cavity ya tanuru, mhimili wa kioo wa mbegu, crucible ya quartz, kijiko cha doping, kifuniko cha kioo cha mbegu, na dirisha la uchunguzi.
Cavity ya tanuru ni kuhakikisha kuwa hali ya joto katika tanuru inasambazwa sawasawa na inaweza kuondokana na joto vizuri; shimoni la kioo la mbegu hutumiwa kuendesha kioo cha mbegu kusonga juu na chini na kuzunguka; uchafu ambao unahitaji kupigwa huwekwa kwenye kijiko cha doping;
Kifuniko cha kioo cha mbegu ni kulinda kioo cha mbegu kutokana na uchafuzi. Mfumo wa maambukizi ya mitambo hutumiwa hasa kudhibiti harakati za kioo cha mbegu na crucible.
Ili kuhakikisha kuwa suluhisho la silicon halijaoksidishwa, kiwango cha utupu katika tanuru kinahitajika kuwa cha juu sana, kwa ujumla chini ya 5 Torr, na usafi wa gesi ya inert iliyoongezwa lazima iwe juu ya 99.9999%.
Kipande cha silikoni ya fuwele moja yenye mwelekeo wa fuwele unaohitajika hutumiwa kama fuwele ya mbegu kukuza ingoti ya silicon, na ingot ya silikoni iliyokuzwa ni kama nakala ya fuwele ya mbegu.
Masharti katika kiolesura kati ya silikoni iliyoyeyushwa na fuwele moja ya mbegu ya silikoni ya fuwele inahitaji kudhibitiwa kwa usahihi. Masharti haya yanahakikisha kwamba safu nyembamba ya silicon inaweza kunakili kwa usahihi muundo wa kioo cha mbegu na hatimaye kukua na kuwa ingot kubwa ya silicon ya fuwele.
2.2 Mbinu ya Kuyeyusha Eneo na Tanuru Moja la Kioo la Ukanda
Mbinu ya eneo la kuelea (FZ) hutoa ingoti za silicon moja za fuwele na maudhui ya oksijeni ya chini sana. Mbinu ya eneo la kuelea ilitengenezwa katika miaka ya 1950 na inaweza kutoa silikoni safi kabisa ya fuwele hadi sasa.
Tanuru ya fuwele inayoyeyusha ya eneo inarejelea tanuru inayotumia kanuni ya kuyeyuka kwa eneo ili kutoa eneo nyembamba la kuyeyuka katika fimbo ya polycrystalline kupitia eneo la halijoto la juu lililofungwa la mwili wa tanuru ya fimbo ya polycrystalline katika utupu wa juu au gesi adimu ya bomba la quartz. mazingira ya ulinzi.
Kifaa cha kuchakata ambacho husogeza kifimbo cha polycrystalline au chombo cha kuongeza joto kwenye tanuru ili kusogeza eneo linaloyeyuka na kulifanya kuwa fuwele hatua kwa hatua kuwa fimbo moja ya fuwele.
Tabia ya kuandaa vijiti vya fuwele moja kwa njia ya kuyeyuka ya eneo ni kwamba usafi wa vijiti vya polycrystalline vinaweza kuboreshwa katika mchakato wa fuwele kuwa vijiti vya fuwele moja, na ukuaji wa doping wa vifaa vya fimbo ni sare zaidi.
Aina za tanuu za fuwele zinazoyeyusha ukanda zinaweza kugawanywa katika aina mbili: ukanda unaoelea unaoyeyusha tanuu za fuwele moja ambazo zinategemea mvutano wa uso na ukanda wa mlalo kuyeyusha tanuu za fuwele moja. Katika matumizi ya vitendo, vinu vya kuyeyusha vya eneo moja kwa ujumla hupitisha kuyeyuka kwa eneo linaloelea.
Tanuru moja ya fuwele inayoyeyusha ukanda inaweza kuandaa silikoni ya fuwele moja ya kiwango cha juu ya usafi wa chini bila hitaji la crucible. Hutumika zaidi kuandaa silikoni ya kioo inayostahimili upinzani wa juu (>20kΩ·cm) na kusafisha silicon inayoyeyuka ya eneo. Bidhaa hizi hutumiwa hasa katika utengenezaji wa vifaa vya nguvu tofauti.
Tanuru moja ya fuwele inayoyeyuka ina chumba cha tanuru, shimoni ya juu na shimoni ya chini (sehemu ya maambukizi ya mitambo), chuck ya fimbo ya kioo, chuck ya kioo ya mbegu, coil ya joto (jenereta ya mzunguko wa juu), bandari za gesi (bandari ya utupu; mlango wa gesi, sehemu ya juu ya gesi), nk.
Katika muundo wa chumba cha tanuru, mzunguko wa maji ya baridi hupangwa. Mwisho wa chini wa shimoni la juu la tanuru moja ya kioo ni chuck ya fimbo ya kioo, ambayo hutumiwa kuifunga fimbo ya polycrystalline; mwisho wa juu wa shimoni ya chini ni chuck ya kioo ya mbegu, ambayo hutumiwa kubana kioo cha mbegu.
Ugavi wa nguvu wa juu-frequency hutolewa kwa coil inapokanzwa, na eneo nyembamba la kuyeyuka hutengenezwa kwenye fimbo ya polycrystalline kuanzia mwisho wa chini. Wakati huo huo, shoka za juu na za chini huzunguka na kushuka, ili eneo la kuyeyuka limetiwa fuwele kwenye fuwele moja.
Faida za tanuru ya tanuru ya kioo inayoyeyuka ni kwamba haiwezi tu kuboresha usafi wa fuwele moja iliyoandaliwa, lakini pia kufanya ukuaji wa doping wa fimbo kuwa sawa zaidi, na fimbo moja ya kioo inaweza kusafishwa kupitia taratibu nyingi.
Ubaya wa tanuru moja ya kuyeyuka ya ukanda ni gharama kubwa za mchakato na kipenyo kidogo cha fuwele moja iliyoandaliwa. Hivi sasa, kipenyo cha juu cha kioo kimoja ambacho kinaweza kutayarishwa ni 200mm.
Urefu wa jumla wa vifaa vya tanuru ya fuwele inayoyeyusha ukanda ni juu kiasi, na mipigo ya shoka za juu na za chini ni ndefu, kwa hivyo vijiti vya fuwele moja vinaweza kukuzwa.
3. Usindikaji wa kaki na vifaa
Fimbo ya kioo inahitaji kupitia mfululizo wa michakato ili kuunda sehemu ndogo ya silicon ambayo inakidhi mahitaji ya utengenezaji wa semiconductor, yaani kaki. Mchakato wa msingi wa usindikaji ni:
Kuyumba, kukata, kukata, kukata kaki, kuungua, kusaga, kung'arisha, kusafisha na kufungasha n.k.
3.1 Ufungaji wa Kaki
Katika mchakato wa utengenezaji wa silicon ya polycrystalline na silicon ya Czochralski, silicon moja ya fuwele ina oksijeni. Kwa halijoto fulani, oksijeni katika silikoni ya fuwele moja itatoa elektroni, na oksijeni itabadilishwa kuwa wafadhili wa oksijeni. Elektroni hizi zitachanganyika na uchafu katika kaki ya silicon na kuathiri upinzani wa kaki ya silicon.
Tanuru ya kuongeza joto: inahusu tanuru inayoongeza joto katika tanuru hadi 1000-1200 ° C katika mazingira ya hidrojeni au argon. Kwa kuweka joto na kupoeza, oksijeni iliyo karibu na uso wa kaki iliyong'aa ya silicon hutawanywa na kuondolewa kutoka kwenye uso wake, na kusababisha oksijeni kunyesha na safu.
Vifaa vya kusindika ambavyo huyeyusha kasoro ndogo kwenye uso wa kaki za silicon, hupunguza kiwango cha uchafu karibu na uso wa kaki za silicon, hupunguza kasoro, na kuunda eneo safi juu ya uso wa kaki za silicon.
Tanuru ya annealing pia inaitwa tanuru ya joto la juu kwa sababu ya joto la juu. Sekta hiyo pia inaita mchakato wa uwekaji kaki wa silicon kupata.
Tanuru ya kaki ya silicon imegawanywa katika:
-Tanuru ya kufungia mlalo;
-Wima annealing tanuru;
-Tanuru ya kuanika kwa haraka.
Tofauti kuu kati ya tanuru ya annealing ya usawa na tanuru ya wima ya annealing ni mwelekeo wa mpangilio wa chumba cha majibu.
Chumba cha mwitikio cha tanuru ya kupitishia anneal imeundwa kwa mlalo, na kundi la kaki za silikoni zinaweza kupakiwa kwenye chemba ya athari ya tanuru ya kupitishia anneal kwa wakati mmoja. Muda wa kuchuja kwa kawaida ni dakika 20 hadi 30, lakini chumba cha athari kinahitaji muda mrefu zaidi wa kupasha joto ili kufikia halijoto inayohitajika na mchakato wa kupenyeza.
Mchakato wa tanuru ya wima ya kupenyeza pia inachukua mbinu ya kupakia wakati huo huo kundi la kaki za silicon kwenye chumba cha athari cha tanuru ya annealing kwa matibabu ya annealing. Chumba cha majibu kina mpangilio wa muundo wa wima, ambayo inaruhusu kaki za silicon kuwekwa kwenye mashua ya quartz katika hali ya usawa.
Wakati huo huo, kwa kuwa mashua ya quartz inaweza kuzunguka kwa ujumla katika chumba cha majibu, joto la annealing la chumba cha majibu ni sawa, usambazaji wa joto kwenye kaki ya silicon ni sare, na ina sifa bora za usawa wa annealing. Hata hivyo, gharama ya mchakato wa tanuru ya wima ya anneal ni kubwa zaidi kuliko ile ya tanuru ya ulalo.
Tanuru ya kupenyeza haraka hutumia taa ya tungsten ya halojeni ili kupasha joto moja kwa moja kaki ya silikoni, ambayo inaweza kufikia joto la haraka au kupoa katika anuwai ya 1 hadi 250 ° C/s. Kiwango cha kupokanzwa au kupoeza ni haraka zaidi kuliko ile ya tanuru ya jadi ya kuchungia. Inachukua sekunde chache tu kupasha joto la chumba cha athari hadi zaidi ya 1100°C.
—————————————————————————————————————————————————— --
Semicera inaweza kutoasehemu za grafiti,kuhisi laini/imara,sehemu za silicon, Sehemu za kaboni za silicon za CVD, naSehemu zilizofunikwa za SiC/TaCna mchakato kamili wa semiconductor katika siku 30.
Ikiwa una nia ya bidhaa za semiconductor hapo juu, tafadhali usisite kuwasiliana nasi kwa mara ya kwanza.
Simu: +86-13373889683
WhatsApp: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Muda wa kutuma: Aug-26-2024